基于有限元的鋼桁橋懸拼法方案設計

摘 要：利用對稱懸拼法拼裝鋼桁橋，以達到產品受力合理、費用最低的目的。

關鍵詞：懸拼；轉體；有限元

1 概述

本文所涉及的鋼桁橋為鋼桁梁50米+80米+50米三跨連續梁，平面位于直線上，豎曲線為R=1800米圓曲線，曲線頂點在中跨跨中位置。該橋采用整體節點，桁高為變高度，8.8米～15.75米不等，下弦為平弦，上弦為曲弦；節間長度：中跨為6.67 m，邊跨為7.06米；主桁中心距17.7m。

鋼桁梁由主桁上弦桿、下弦桿、腹桿，橋面系縱梁、橫梁，下平縱聯、上橫聯、非機動車道懸臂梁等組成。鋼桁梁為栓焊結構，各桿件截面形式設計為組焊式箱形和組焊式工形兩種。

2 懸拼法方案簡介

根據施工圖和現場條件，采用對稱懸拼法施工。

如圖1，鋼梁下弦從梁兩端向中間計算，E1.E2….。在E4、E7、E9點按計算布置臨時支墩，E1點用工程墩，E8墩頂部設臨時支墩。臨時墩縱橋向距中線8.85米；在距縱橋向距中線12米處布設臨時龍門吊機棧橋。利用龍門吊機提升鋼桁梁桿件，首先安裝墩頂兩個節間，經調整姿態后，與臨時支墩固結，然后由龍門吊機對稱架設兩端節間。中跨架設至跨中，留上弦桿接口。

通過設置在E7、E9上的水平及豎向液壓千斤頂進行姿態調整，使中跨跨中懸臂端姿態處于鉛垂面并且各對接節點處于同一標高上以滿足合龍要求。安裝合龍段及端部其余節段。E7、E9豎向千斤頂同步頂升，挪下E8點臨時支墩，替換上盆式支座并落梁。

3 初始剛性轉體計算

施工方案中最關鍵的工序是跨中兩對接懸臂端姿態的調整以及合龍段的安裝。在架設前通過有限元計算調整E4、E7、E8、E9點的初始標高，使左右半橋相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求，從而減少調整難度并縮短工期。利用BEAM188單元建立鋼桁橋的半橋的有限元模型。

3.1 左半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義左半橋E8節點為初始標高為設計標高，E4點標高相對設計標高的位移為36.4mm，E7點標高相對設計標高的位移為-9.1mm，E9點標高相對設計標高的位移為8.6mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的位移為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.129*10-5rad，此時對接轉角基本為0。

圖2 位移變化云圖

3.2 右半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義右半橋E4點標高相對設計標高的位移為3.8mm，E7點標高相對設計標高的位移為17.9mm，E8點標高相對設計標高的位移為22.6mm，E9點標高相對設計標高的位移為27.0mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的標高為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.112*10-3rad，此時對接節點轉角基本為0。

根據以上計算結果，左右半橋對接點標高一致，并且轉角均為0，滿足對接要求。

4 支墩反力計算及鋼橋應力分析

為了保證拼接精度，在拼裝過程不允許出現支墩樁基下沉的現象，因此需要計算整個拼裝過程中各樁基的反力值，以保證樁基有足夠的承載力。

圖3 支墩位置

通過對成橋過程中的各典型工況進行有限元建模分析，得出各支墩的樁基支反力最大支反力如下表所示：

墩號 L1 L4 L7 L8 L9

反力 80.5 tf 128.9tf 281.4tf 494.5tf 211.4tf

拼裝過程中產生的最大應力為104MPa，發生于E7、E9點整體頂升落梁工況，如下圖所示：

圖4 整體落梁工況

5 結論

5.1 通過調整左右半橋使其相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求。

5.2 拼裝過程中鋼橋產生的最大應力為104MPa，整體結構安全。有限元計算鋼橋拼裝過程產生的應力和變形，對鋼橋拼裝方案的設計具有重要的指導意義。

參考文獻

[1] 陳永勇，唐錄和，姚鋒.南疆特大橋鋼桁梁懸拼架設技術[J].鐵道標準設計，2007.

[2] 宋亞洲.大跨度斜拉橋鋼主梁懸拼線形施工控制[C].長安大學，2012.

[3] 陳文海，郭彤.鋼箱梁懸拼階段應力與變形分析[J].公路交通科技（應用技術版），2009.

作者簡介：張寶宏（1983- ），男，工程師，一級建造師，注冊造價師，2004年畢業于西南交通大學機械工程及自動化專業，研究方向：工程機械設計及特種工法。

摘 要：利用對稱懸拼法拼裝鋼桁橋，以達到產品受力合理、費用最低的目的。

關鍵詞：懸拼；轉體；有限元

1 概述

本文所涉及的鋼桁橋為鋼桁梁50米+80米+50米三跨連續梁，平面位于直線上，豎曲線為R=1800米圓曲線，曲線頂點在中跨跨中位置。該橋采用整體節點，桁高為變高度，8.8米～15.75米不等，下弦為平弦，上弦為曲弦；節間長度：中跨為6.67 m，邊跨為7.06米；主桁中心距17.7m。

鋼桁梁由主桁上弦桿、下弦桿、腹桿，橋面系縱梁、橫梁，下平縱聯、上橫聯、非機動車道懸臂梁等組成。鋼桁梁為栓焊結構，各桿件截面形式設計為組焊式箱形和組焊式工形兩種。

2 懸拼法方案簡介

根據施工圖和現場條件，采用對稱懸拼法施工。

如圖1，鋼梁下弦從梁兩端向中間計算，E1.E2….。在E4、E7、E9點按計算布置臨時支墩，E1點用工程墩，E8墩頂部設臨時支墩。臨時墩縱橋向距中線8.85米；在距縱橋向距中線12米處布設臨時龍門吊機棧橋。利用龍門吊機提升鋼桁梁桿件，首先安裝墩頂兩個節間，經調整姿態后，與臨時支墩固結，然后由龍門吊機對稱架設兩端節間。中跨架設至跨中，留上弦桿接口。

通過設置在E7、E9上的水平及豎向液壓千斤頂進行姿態調整，使中跨跨中懸臂端姿態處于鉛垂面并且各對接節點處于同一標高上以滿足合龍要求。安裝合龍段及端部其余節段。E7、E9豎向千斤頂同步頂升，挪下E8點臨時支墩，替換上盆式支座并落梁。

3 初始剛性轉體計算

施工方案中最關鍵的工序是跨中兩對接懸臂端姿態的調整以及合龍段的安裝。在架設前通過有限元計算調整E4、E7、E8、E9點的初始標高，使左右半橋相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求，從而減少調整難度并縮短工期。利用BEAM188單元建立鋼桁橋的半橋的有限元模型。

3.1 左半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義左半橋E8節點為初始標高為設計標高，E4點標高相對設計標高的位移為36.4mm，E7點標高相對設計標高的位移為-9.1mm，E9點標高相對設計標高的位移為8.6mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的位移為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.129*10-5rad，此時對接轉角基本為0。

圖2 位移變化云圖

3.2 右半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義右半橋E4點標高相對設計標高的位移為3.8mm，E7點標高相對設計標高的位移為17.9mm，E8點標高相對設計標高的位移為22.6mm，E9點標高相對設計標高的位移為27.0mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的標高為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.112*10-3rad，此時對接節點轉角基本為0。

根據以上計算結果，左右半橋對接點標高一致，并且轉角均為0，滿足對接要求。

4 支墩反力計算及鋼橋應力分析

為了保證拼接精度，在拼裝過程不允許出現支墩樁基下沉的現象，因此需要計算整個拼裝過程中各樁基的反力值，以保證樁基有足夠的承載力。

圖3 支墩位置

通過對成橋過程中的各典型工況進行有限元建模分析，得出各支墩的樁基支反力最大支反力如下表所示：

墩號 L1 L4 L7 L8 L9

反力 80.5 tf 128.9tf 281.4tf 494.5tf 211.4tf

拼裝過程中產生的最大應力為104MPa，發生于E7、E9點整體頂升落梁工況，如下圖所示：

圖4 整體落梁工況

5 結論

5.1 通過調整左右半橋使其相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求。

5.2 拼裝過程中鋼橋產生的最大應力為104MPa，整體結構安全。有限元計算鋼橋拼裝過程產生的應力和變形，對鋼橋拼裝方案的設計具有重要的指導意義。

參考文獻

[1] 陳永勇，唐錄和，姚鋒.南疆特大橋鋼桁梁懸拼架設技術[J].鐵道標準設計，2007.

[2] 宋亞洲.大跨度斜拉橋鋼主梁懸拼線形施工控制[C].長安大學，2012.

[3] 陳文海，郭彤.鋼箱梁懸拼階段應力與變形分析[J].公路交通科技（應用技術版），2009.

作者簡介：張寶宏（1983- ），男，工程師，一級建造師，注冊造價師，2004年畢業于西南交通大學機械工程及自動化專業，研究方向：工程機械設計及特種工法。

摘 要：利用對稱懸拼法拼裝鋼桁橋，以達到產品受力合理、費用最低的目的。

關鍵詞：懸拼；轉體；有限元

1 概述

本文所涉及的鋼桁橋為鋼桁梁50米+80米+50米三跨連續梁，平面位于直線上，豎曲線為R=1800米圓曲線，曲線頂點在中跨跨中位置。該橋采用整體節點，桁高為變高度，8.8米～15.75米不等，下弦為平弦，上弦為曲弦；節間長度：中跨為6.67 m，邊跨為7.06米；主桁中心距17.7m。

鋼桁梁由主桁上弦桿、下弦桿、腹桿，橋面系縱梁、橫梁，下平縱聯、上橫聯、非機動車道懸臂梁等組成。鋼桁梁為栓焊結構，各桿件截面形式設計為組焊式箱形和組焊式工形兩種。

2 懸拼法方案簡介

根據施工圖和現場條件，采用對稱懸拼法施工。

如圖1，鋼梁下弦從梁兩端向中間計算，E1.E2….。在E4、E7、E9點按計算布置臨時支墩，E1點用工程墩，E8墩頂部設臨時支墩。臨時墩縱橋向距中線8.85米；在距縱橋向距中線12米處布設臨時龍門吊機棧橋。利用龍門吊機提升鋼桁梁桿件，首先安裝墩頂兩個節間，經調整姿態后，與臨時支墩固結，然后由龍門吊機對稱架設兩端節間。中跨架設至跨中，留上弦桿接口。

通過設置在E7、E9上的水平及豎向液壓千斤頂進行姿態調整，使中跨跨中懸臂端姿態處于鉛垂面并且各對接節點處于同一標高上以滿足合龍要求。安裝合龍段及端部其余節段。E7、E9豎向千斤頂同步頂升，挪下E8點臨時支墩，替換上盆式支座并落梁。

3 初始剛性轉體計算

施工方案中最關鍵的工序是跨中兩對接懸臂端姿態的調整以及合龍段的安裝。在架設前通過有限元計算調整E4、E7、E8、E9點的初始標高，使左右半橋相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求，從而減少調整難度并縮短工期。利用BEAM188單元建立鋼桁橋的半橋的有限元模型。

3.1 左半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義左半橋E8節點為初始標高為設計標高，E4點標高相對設計標高的位移為36.4mm，E7點標高相對設計標高的位移為-9.1mm，E9點標高相對設計標高的位移為8.6mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的位移為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.129*10-5rad，此時對接轉角基本為0。

圖2 位移變化云圖

3.2 右半橋剛性轉體。利用位移邊界條件定義右半橋E4點標高相對設計標高的位移為3.8mm，E7點標高相對設計標高的位移為17.9mm，E8點標高相對設計標高的位移為22.6mm，E9點標高相對設計標高的位移為27.0mm，并施加重力。

計算結果顯示在重力作用下E14節點（對接節點）Y方向的標高為21.4mm，繞Z坐標的旋轉角度為0.112*10-3rad，此時對接節點轉角基本為0。

根據以上計算結果，左右半橋對接點標高一致，并且轉角均為0，滿足對接要求。

4 支墩反力計算及鋼橋應力分析

為了保證拼接精度，在拼裝過程不允許出現支墩樁基下沉的現象，因此需要計算整個拼裝過程中各樁基的反力值，以保證樁基有足夠的承載力。

圖3 支墩位置

通過對成橋過程中的各典型工況進行有限元建模分析，得出各支墩的樁基支反力最大支反力如下表所示：

墩號 L1 L4 L7 L8 L9

反力 80.5 tf 128.9tf 281.4tf 494.5tf 211.4tf

拼裝過程中產生的最大應力為104MPa，發生于E7、E9點整體頂升落梁工況，如下圖所示：

圖4 整體落梁工況

5 結論

5.1 通過調整左右半橋使其相對設計姿態具有一定的剛性轉體，待左右半橋拼接完成后在自重的作用下兩對接懸臂端姿態理論上便能滿足合龍要求。

5.2 拼裝過程中鋼橋產生的最大應力為104MPa，整體結構安全。有限元計算鋼橋拼裝過程產生的應力和變形，對鋼橋拼裝方案的設計具有重要的指導意義。

參考文獻

[1] 陳永勇，唐錄和，姚鋒.南疆特大橋鋼桁梁懸拼架設技術[J].鐵道標準設計，2007.

[2] 宋亞洲.大跨度斜拉橋鋼主梁懸拼線形施工控制[C].長安大學，2012.

[3] 陳文海，郭彤.鋼箱梁懸拼階段應力與變形分析[J].公路交通科技（應用技術版），2009.

作者簡介：張寶宏（1983- ），男，工程師，一級建造師，注冊造價師，2004年畢業于西南交通大學機械工程及自動化專業，研究方向：工程機械設計及特種工法。